油烟余热回收装置的典型方案及其应用特性

周长明陈东谢继红樊佳琪

（天津科技大学机械工程学院)

油烟余热回收装置的典型方案及其应用特性

周长明*陈东谢继红樊佳琪

（天津科技大学机械工程学院)

餐厨油烟中不但含有多种有害物质，同时也含有丰富的余热。给出了可用于回收油烟余热的四种装置：水强制循环式油烟余热回收装置、水自然循环式油烟余热回收装置、热管-水箱型油烟余热回收装置和热管-夹套型油烟余热回收装置。介绍了四种油烟余热回收装置的结构、工作原理和基本特点。分析表明，热管-夹套型油烟余热回收装置可在回收油烟余热的同时，对油烟中有害成分实现较好的净化，具有较好的综合优势。

油烟余热回收热管热水节能

0 背景

在我国的饮食方式中，大多数食物需要在高温下进行煎、炒、烹、炸等加工过程，在此过程中会产生大量的油烟。油烟的主要成分有油蒸气、食材、食用油中部分组分在高温作用下反应生成的复杂有机物、水蒸气以及灶台燃料燃烧产生的尾气等，其温度可达60℃左右。油烟直接排入环境，不但会造成环境污染，也造成热能浪费[1-3]。

目前对油烟的处理主要集中在污染物的处理上，如热氧化焚烧法、催化净化法、惯性分离法、静电沉积法、过滤吸附法、生物法及复合方法[4-6]，但对油烟中余热的回收利用研究较少。

基于此，本文给出了对油烟中余热进行回收利用的四种技术方案，对其结构、工作原理和应用特性进行了较系统的介绍。

1 水强制循环式油烟余热回收装置

水强制循环式油烟余热回收装置原理如图1所示。

由图1可见，该装置分两部分：水循环单元和油烟处理单元。水循环单元由热水箱、循环泵、翅片管换热器、调节阀及管道构成，水在其中循环流动来带走油烟余热；油烟处理单元由烟道及翅片管换热器构成，油烟在其中流动时被吸热冷却。

图1 水强制循环式油烟余热回收装置原理

水强制循环式油烟余热回收装置的工作过程为：当排油烟机开始工作时，装置中的循环泵也同时启动，油烟废气经过烟道中的翅片管换热器，与翅片管换热器管内的水进行逆流换热，油烟被吸热冷却，油烟中油蒸气及水蒸气被凝结为油水混合液，并通过烟道下方的排油口流出收集；翅片管换热器管中的水被油烟加热，通过循环泵驱动进入热水箱；如此连续循环，热水箱中的水的温度不断上升，从而获得厨房清洗等所需热水。

该装置具有如下特点：热水箱的位置布置比较灵活，油烟和热水的换热强度比较好，但是水的循环需要靠循环泵来驱动运行，循环泵增加了装置成本，安装和维护要求也较高。

2 水自然循环式油烟余热回收装置

水自然循环式油烟余热回收装置原理如图2所示。

图2 水自然循环式油烟余热回收装置原理

由图2可见，该装置分为水加热单元和油烟处理单元。水加热单元由热水箱、换热管、调节阀及管道构成，换热管和热水箱连通；油烟处理单元由烟道和换热管构成，换热管布置在烟道内。

水自然循环式油烟余热回收装置的工作过程为：当排油烟机开始工作时，排出的油烟废气流经烟道，与换热管内的水进行换热，油烟废气被吸热冷却，油烟中油蒸气及水蒸气被凝结为油水混合液，经排油口流出收集；换热管内的水被油烟加热，水温升高，水的密度变小，密度变小的水沿换热管的侧壁向上方的热水箱内流动，同时热水箱内的水沿换热管的中心部位向换热管的下部流动，从而在换热管与热水箱之间形成自然循环，使热水箱内的水温不断升高，从而获得厨房清洗等所需热水。

该装置工作时无需循环泵，但是热水箱的位置必须设置在烟道上方，同时换热管内热水与油烟的换热强度相对较弱。

3 热管-水箱型油烟余热回收装置

热管-水箱型油烟余热回收装置原理图如图3所示。

图3 热管-水箱型油烟余热回收装置原理

由图3可见，该装置分为热管水箱单元和油烟处理单元。热管水箱单元由热水箱、热管、调节阀及管道构成，热管的放热端设置在热水箱内，热管与热水箱的接触处一般通过焊接密封；油烟处理单元由烟道和热管构成，热管的吸热端设置在烟道中。

热管-水箱型油烟余热回收装置的工作过程为：排油烟机工作时，排出油烟流经烟道，油烟在烟道内流过热管时将热量传给热管内的工质，油烟被吸热降温，油烟中油蒸气及水蒸气被凝结为油水混合液，经排油口流出收集；热管内的工质吸收油烟热量后气化，工质蒸气在热管内上升到达水箱内的放热端凝结放热，将热量传给热管外的水并凝结为液态，再沿热管内壁流下；如此通过热管内工质的不断相变和循环，连续把油烟的热量传递给热水箱内的水，热水箱内的水温不断升高，获得厨房清洗等所需热水。

该装置可解决水自然循环式油烟余热回收装置换热管与油烟换热强度不高的缺点，同时该装置运行也无需循环泵来驱动，但是热水箱需设置在烟道的上方，同时热管和热水箱的接触面的密封要求较高，加工较复杂。

4 热管-夹套型油烟余热回收装置

热管-夹套型油烟余热回收装置原理图如图4所示。

图4 热管-夹套型油烟余热回收装置原理

由图4可知，该装置分热管夹套单元和油烟处理单元。热管夹套单元由热水箱、夹套、调节阀和管道构成，热管的放热端位于夹套内，调节阀、热管夹套和热水箱之间通过管路依次连接；油烟处理单元由烟道和热管构成，热管的吸热端位于烟道内。

热管-夹套型油烟余热回收装置的工作过程为：当排油烟机工作时，排出油烟进入烟道，与热管内的工质进行换热，油烟被吸热冷却，油烟中油蒸气及水蒸气被凝结为油水混合液，经排油口流出收集；热管内工质吸收油烟的热量气化上升到放热端加热夹套内的水，工质放热冷凝后沿管内壁再流回烟道内的吸热端，如此循环流动，实现油烟热量连续传给夹套内的水；自来水经调节阀先进入末排热管的夹套，依次向前在夹套内流动，通过控制调节阀的开度和自来水流量，可使自来水流出末排热管夹套时，其温度即可达到厨房清洗所需温度，然后直接排入热水箱内，即该装置对自来水的加热为一次性加热形式。

该装置与热管-水箱型油烟余热回收装置相比较，水箱位置布置可较灵活，无需设置在烟道上方。同时，由于水是通过夹套依次由末排热管向首排热管流动，可以实现水与油烟之间完全逆流换热，从而可使出热管的热水直接达到厨房清洗所需热水温度；烟道内出末排热管的油烟废气温度很低，从而可以使油烟中的油蒸气和水蒸气等有害物质最大限度被凝结排出，使排出烟道油烟中的有害物质含量大幅度减少。此外，由于夹套内水和热管工质是强制流动换热，其换热强度也较高。

以油烟排放量500 m3/h家庭厨房为例，当进入烟道的油烟温度为60℃，当地自来水的温度为15℃，需制取的厨房热水温度为50℃时，利用该装置每小时可制取热水量约125 kg。

5 结论及建议

四种回收油烟余热的技术方案各具特点。水强制循环式油烟余热回收装置热水箱的布置比较灵活，水和油烟的换热强度也较好，但必须设置循环泵。水自然循环式油烟余热回收装置可不需要循环泵，但是热水箱必须设置在烟道上方，同时热水与油烟的换热较弱。热管-水箱型油烟余热回收装置可解决油烟和水换热弱的问题，但是水箱位置也必须设置在烟道上方。热管-夹套型油烟余热回收装置不但热水箱的位置设置较灵活，无需泵驱动，而且通过热管水与油烟的换热强度较高，自来水可一次性被加热为热水，油烟也可被冷却到接近自来水温度。也就是说，不但油烟中余热的回收效率较高，同时油烟中有害物质的凝结清除效果也较佳，因此可进一步对该装置进行更加系统深入的研究。

[1]施超峰.饮食业油烟污染及抽排设计[J].科技纵横, 2004（10）：25-27.

[2]夏正兵.新型油烟脱排净化机的研究[J].洁净与空调技术，2015（4）：31-33.

[3]马焕焕，王安.餐饮油烟污染危害及治理建议[J].绿色科技，2015（1）：199-201.

[4]黄小琴.餐饮业油烟污染及其控制方法[J].化学工程与装备，2009（5）：199-201.

[5]范宗明，蒋达华.厨房油烟污染净化技术应用探讨[J].环境保护与循环经济，2010（3）：46-49.

[6]姚鑫，陈猛，范泽云，等.烹饪油烟污染及其控制技术研究进展[J].化学工业与工程，2015（3）：53-58.

Typical Scheme and Application Characteristics of Fume Waste Heat Recovery Device

Zhou ChangmingChen DongXie JihongFan Jiaqi

Kitchen fume contains not only a variety of harmful substances,but also rich waste heat.Four devices for recovering the waste heat in fume are offered:forced water circulation system,natural water circulation system,heat pipe-tank system,and heat pipe-jacket system.The structures,working principles and basic characteristics of the four kinds of waste heat recovery devices are introduced.The analysis shows that the heat pipe-jacket system for fume waste heat recovery has good comprehensive advantages,with high fume waste heat recovery and harmful components removing efficiency.

Fume;Waste heat recovery;Heat pipe;Heat water;Energy conservation

TK 11+5

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2016.12.001

2016-07-28)

*周长明，男，1990年生，硕士研究生。天津市，300222。